雨谷　　純

はじめに
　VLBIは、遠くはなれた二つのアンテナで十億 光年の彼方にある電波星からの雑音電波を受信し、 その到達時間差を百億分の1秒の精度で測定する技 術で、高精度測地（3�p以下）や高精度時刻比較 （0.1nsec以下）に大きな力を発揮している。しか しながら今のところ大口径のアンテナや、高安定な 発振器を必要とするため、非常に高価で大がかりな システムとなっており、各地に配置し測地や時刻同 期といったサービスを全国規模で行うのは容易では ない。米国ではJPLがMVシリーズとして可搬型 VLBI局を実用化しているが、大きすぎて日本の 道路では法規上輸送が困難である。
　そこで当所では現在、より小型、低価格で移動設 置が短時間に簡単に行える超小型VLBI局の開発 を進めている。我々の開発しているシステムは、日 中共同VLBI実験等の小口径アンテナとのVLBI 実験での経験を基に、現在使用しているK-3型 VLBIシステムの冗長な部分を切り捨て、また、 まったく新しい方式を採用することにより、遅延時 問の決定精度を維持しながら、コンパクト化と大幅 なコストダウンを目指している。現在システムの一 部が完成し、鹿島支所構内で短基線干渉計実験を行 い地上測量で得られた結果との比較を行っている。
　　

装置の概要
�@　アンテナ受信系
　アンテナには、VLBI用としては世界最小の直 径3mの物を使用する。3mクラスのアンテナの場 合移設も4t程度の小型クレーン付トラックで十分 なため、気軽に移動し運用ができる。従来VLBI においては、電波星からの電波の強さ及び積分時間 の制限から、使用しうるアンテナのペアとして、そ の開口径の積が100を越えることが一つの目安に なってきた。実際これまでに鹿島支所の26mアンテ ナとVLBI実験を行った最小のアンテナは、国土 地理院の5mアンテナである。3mアンテナでは、 26mとの開口径の積は100を大きく下回る。
　むろん、ただ単にアンテナ開口径を小さくしたの では遅延時間の決定精度を維持することはできない ので、いくつかの新しいアイデアを盛り込む予定で ある。その一つとして、FSS（Frequency Selective Surface）を用いた高効率副反射鏡の利用があ げられる。VLBIでは電離層の遅延効果を補正す るためにXバンド（8GHz帯）とSバンド（2GHz 帯）の2周波を受信するが、小型のアンテナの場 合、パラボラアンテナの一つの焦点で二つの周波数 を給電するのは非常に困難になってくる。FSS は、誘電体の基盤の上に特殊な形状をした金属片を 張りつけることによって、ある周波数の電波は透過 させ、その他の周波数の電波は反射させるようにし たものである。これをカセグレンアンテナの副反射 鏡に採用することで、Xバンドはカセグレンの二次 焦点に、Sバンドは一次焦点に最適配置することが可 能となり、高い効率で2周波を給電することができ る（図1）。現在、FSS平面板の特性試験を行い、 理論どおりの反射・透過特性が得られている。

図１　FSS副反射鏡による
　　　S,Xバンド共用アンテナ

　また、Xバンドの受信帯域を7860〜8600MHzと従 来の約2倍に広帯域化することで遅延時間の決定精 度を向上させることも考えている。
　昨年10月には、一次給電方式を用いたXバンド受 信系が完成し、26mアンテナとの間で短基線干渉計 実験を行った。
�Aバックエンド
　IF信号分配器、16台のビデオコンバータを一つ のきょう体にまとめ、小型軽量化を図っている。周 波数構成も遅延時間の決定に大きな役割を果たすX バンドに、全14チャネル中10チャネル（K-3では 8チャネル）を割り当てるように変更する。ビデオ 帯局部発振器は、K-3では各ビデオコンバータに 一つづつ内蔵されていたが、一つのパルス列発生器 の出力を選択して各ビデオ変換器に送る方式を採用 することで、小型化、並びに大幅なコストダウンを 目指している。
�B　自動運用
　現在K-3では機器の制御にミニコンを使用して いるが、大型で移動には不向きなので、パソコン上 で動作可能な自動運用ソフトウェアを開発してい る。これは、昭和60年に実施された日中共同VLB I実験の際に上海で一部を使用し実績を得ているも ので、現在プログラム追尾系を追加して改良中であ る。
�C周波数標準
　最近、5×10^-13以下の短期安定度を持つ水晶発 振器が開発されている。これを長期安定度の良いセ シウム原子標準と組み合わせることにより、測地目 的のVLBIにも使用できる可能性がでてきた。現 在、この水晶発振器を用いて、セシウム原子標準に 位相同期をかける実験を行っている。この試みが成 功すれば、水素メーザ発振器に比べ、測地精度は多 少犠牲になるが、極めて安価で取扱いも簡単な周波 数標準によるシステムが誕生することになる。
　また、周波数標準の発振周波数を積極的に変化さ せ、あたかも観測局が地球の中心にあるかのごとく に時系を制御する方式（Wave Front Clock方式） の採用を検討しており、26m−3m間の短基線干渉 計で基礎実験を行っている。この方式を採用するこ とにより、地球回転によるドップラーシフトの効果 を相関処理時に補正する必要がなくなり、相関処理 を非常に単純化することができる（多基線処理時に 特に有効）。
　このほか、データレコーダにはカセット方式を検 討中である。当面はデータレコーダ、フォーマッタは 既存のものを用い、周波数標準も実績のある水素メ ーザ発振器を使って実験を行っていく予定である。
　　

短基線干渉計実験
　性能確認のため、超小型VLBI局3mアンテナ を使い26mアンテナとの間で24時間 短基線干渉計実験を行った（

写真）。 共通ローカル源であること及び、高 密度磁気記録テープにデータを記録 しないこと以外は、通常のVLBI 実験と同じ観測システム構成で実験 を行った。基線が短いため2周波受 信による電離層遅延の補正が必要なく、Xバンドの みの観測を行った。観測はパソコン上で動作する自 動運用ソフトウェアを用いてすべて無人で行われた。

写真　短基線干渉計実験中の3mアンテナ
　　　　　　（後方は26mアンテナ）

　観測で得られたデータは、通常のVLBI実験と 同様の手法で解析された。解析の結果を表に示す。 表中のX、Y、Z成分はそれぞれグリニッジ方向、極 方向とそれに直交する方向成分である。地上測量 （建設省国土地理院の協力による）で得られた値との 差は、3�p以内に収まっていることが分かる。

表　基線解析結果

今後の実験計画
　今後システムの完成度に応じ、逐次VLBI実験 を実施して行く予定である。今年度は本所（小金井 市）に移動して鹿島との間でVLBI実験を行う予 定である。本所には水素メーザもあり、また十分に 基線も短いため、電離層の影響も無視できるのでX バンドのみの実験で十分である。カセグレン化、受 信機の低雑音化、受信帯域の広帯域化を行い、また、 新しいビデオコンバータを用いて観測する予定であ る。さらに、当所で現在開発中のGPSシステムと の測位比較実験も行う。
　システムの完成後は、外国や離島を含む各地に移 動してVLBI実験を行う予定であるが、これによ り日本周辺では唯一測定されていないフィリピン海 プレート運動の測定（図2）、VERA（VLBI for the Earth Rotation Study and Astrometry）計画の 大型アンテナとリンクした全国規模の電波干渉計 ネットワークによる電波源の構造観測、SLR （Satellite LASER Ranging、海上保安庁水路部で開発） との比較実験による、SLR座標系とVLBI座標 系の結合等の成果が期待できる。このように、超小 型VLBI局の開発によってVLBI技術の適用範 囲は格段に広がるものと思われる。

（鹿島支所　第三宇宙通信研究室　技官）

図２　日本付近のプレート構造

有本　好徳

1.　測定方法
　実験システムの構成を図1に示した。口径60�p、 外形が六角形の太陽集光炉反射鏡（球面鏡）の焦点 に一次放射器を置き反射鏡アンテナを構成する。こ のとき、一次放射器のブロッキングを避けるため、 鏡面を下方に約7°傾けて設置した。一次放射器か ら発射された26.25GHzの電波は鏡面で反射し、位 相の良くそろった波面を形成しながら伝搬してい く。この電波の振幅と位相を鏡面から一定距離だけ 離したプローブ走査平面上で測定する。この際の走 査間隔は、測定に用いる電波の波長の1／2以下であ れば必要な情報が得られる。また、走査する範囲に ついては、被測定アンテナの指向性の範囲が、走査 面とアンテナがつくるコーンの内側にくるように決 めれば良いとされている。

図１　実験装置の構成

　得られた走査面上の振幅・位相データからフーリ エ変換を用いて平面波の空間周波数成分を求め、室 内の反射等の不要な成分を取り除いたあと、フーリ エ逆変換によってアンテナ開口面上の振幅・位相に 変換する。この位相パターンと、一次放射器の位置 設定誤差、球面鏡による収差等を考慮して計算した 理想的なパターンとを比較すること によって、鏡面の誤差を測定した。
　　

2.　データ処理結果
　走査面上での振幅・位相分布を図 2に示した。走査面上では、鏡面の いろいろな場所からの散乱波が干渉 して複雑な振幅分布が現れるが、位 相分布は比較的平坦になる。このこ とを利用して一次放射器の位置を、 縦方向、横方向のテストスキャンを 繰り返すことにより比較的簡単に調 整することができた。

図２　走査線上での振幅・位相分布

h 　データ処理を行った結果の開口面 上の位相分布を10°（160μm）おきの 等高線表示で図3に示す。実際の鏡 面は、図の等高線がまばらになって いる中心付近に対応している。鏡面の端 部で等高線が密になっているが、これは エッジ散乱の影響である。この測定で は、測定精度の限界を明確にするため、 鏡面精度が機械的な方法によって十分に 高い精度（7μm rms）で測定されてい る鏡面を用いた。電波による測定では中 心から半径20�pの円内で5°rms（80 μm）程度の鏡面誤差が検出された。こ の誤差の要因としては、表面の反射特性 等の電波を用いた場合の測定条件の相 違、鏡面の設置条件による鏡面のたわみ 等が考えられる。

図３　鏡面精度(160μmおきに表示)

　以上のような実験の結果、電波を用い た鏡面精度の測定においては、現状では 測定精度80μm以内が達成できることが 分かった。
　この実験で明らかになった反射鏡の鏡 面精度測定における近傍界測定法の特徴 として、次の項目があげられる。
(1)鏡面（アンテナ）口径の2乗に比例し て測定時間が増加する。ただし、測 定精度は口径によらず一定になる。
(2)ケーブル、受信機等、測定系の位相 安定度、プローブ走査面の平面度が 精度向上には不可欠である。
(3)鏡面の端部からのエッジ散乱の影響が大きく、 端部から5〜10波長の範囲では鏡面誤差が精度 よく求められない。
(4)室内の散乱があっても、鏡面からの反射波と明 確に分離できれば問題にならない。
(5)一次放射器のアライメントは、走査面での位相 パターンを見ることによって簡単に調整するこ とができる。
(6)データ処理に関しては、小型の計算機を用いて も128×128個のデータ処理に要する時間は2〜 5分程度であり、十分実用になる。
　最後に、鏡面をお貸しいただいた運輸省航空宇宙 技術研究所の中村主任研究官に感謝します。

（宇宙通信部　宇宙技術研究室　主任研究官）

宮崎　　茂

　今話題の超電導の研究も昔は浮世ばなれしたもの の一つであったであろう。実生活を全く超越した、 絶対零度近くで起る現象であったから。逆に昔最先 端の研究であったものが、今は浮世ばなれした研究 になっているものが無きにしもあらず。

　ある社会学者は次のようなことを言っている。世 の中は概して毎年10％程度変化していく、そして10 年たてばほとんど変わってしまう。まさに十年一昔 である。昔は学校で原理を習っておけば、その知識 はほぼ一生通用したが、今日では学校で原理すら習 わなかった新しい技術が次々と実用化され、実生活 に登場してきている。研究でも同様である。昔は一 つの研究を100年、200年と続けられているものが あったが、今や10年はおろか2〜3年で研究に片を 付けなければならない場合すらある。まさに研究も スピードアップが強いられている。

　さて、今日研究と金は切り離せない。だから、研 究費をとることばかり考えている人間が多くなって くる。研究ブローカーや研究ゴロも台頭してくる。 金が湧いてくる研究があるかないか。もちろん、金 があるだけではできない研究もある。逆に金をも らっては困る研究も無きにしもあらず。地獄の沙汰 も金次第というが、しょせん悪銭身につかずだ。さ りとて金の無い方ができる研究を探していると研究 でくたびれた人間になってしまう。

　閑話休題、研究を職業とする人間の話に転じよ う。一昔前に文部省が発表した“我が国における学 術研究活動の状況調査”の中で5か年間の発表論文 数が0の研究者が25％、1〜10件が56％と報じたこ とがあった。研究者のOutputの一つは論文である からこれは恐ろしい数字と言わざるを得ない。もち ろん発表を多く行えば良いというのではなく、発表 物の質によることは言うまでもない。この観点から 研究者を次のように大まかに分類できるかもしれな い。(1)多量高質の多産型、(2)多量低質の大量生産 型、(3)少量高質の完全主義型、(4)少量低質の沈黙 型。研究者として望ましいのは(1)と(3)の分類であろ う。

　論文の話が出たが、論文がいったん発表された後 の寿命と運命はどうであろうか。著者の願望とは無 関係に一人旅をするようなものであろう。あるもの は華やかに脚光を浴びるであろう。その他大多数は 密かに文献の遺跡の山にわびしく埋もれていくので あろう。

　さて、社会の第一線で活躍する人間は“先”を的 確に読む必要がある。将来の見通し、対応の仕方を 調査検討し、決定する必要がある。また、次の指導 すべき世代をねらう若手中堅は“先の先”を読む必 要がある。将来自分が第一線にたった時どのように 対応するかについて学習することが大切である。研 究者については“先の先の先”を考える必要があ る。先の先の先となると、確かに予想することは難 しい。考える場合の前提なり、仮定が多過ぎる。逆 に創造性、独創性が大いに発揮できる。すなわち、 研究者には創造的、独創的能力が必要とされるゆえ んである。さらには世界観、人生観等も研究に影響 を及ぼす。そして志の高さ、理想をもつことも必要 であり、研究の成果を人類の遺産として位置づける よう努力することが研究者として必須である。最後 に科学誌「サイエンス」の編集長であったエーベル ソン博士の言葉を紹介しよう。“研究者にとって最 も重要なのは自己修練をしながら一生懸命仕事をす ることだ”、蓋し名言である。

（電波応用部長）

（企画調査部長　畚野信義）

（宇宙通信部　移動体通信研究室　研究官　井家上哲史）

（総合通信部　電磁環境研究室長　杉浦　行）

（鹿島支所　第三宇宙通信研究室長　川口則幸）

（総合通信部　統合通信網研究室　主任研究官　久保田文人）

（鹿島支所　衛星管制課　主任研究官　杉本裕二）

（標準測定部　周波数・時刻比較研究室長　高橋冨士信）

（企画調査部長　畚野信義　宇宙通信部　衛星通信研究室長　森河　悠）